פרוטוקול זה מתאר מערכת פרוטופלסט יעילה של מזופיל כרוב. נבדקו טיפולים שונים למחסור בחמצן, והמערכת הראתה שפעול גבוה של גנים המגיבים להיפוקסיה, מה שאפשר מחקרים על המנגנונים הגנטיים והמולקולריים של עמידות להצפה בירקות Brassicaceae .
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מתאר מערכת פרוטופלסט יעילה של מזופיל כרוב. נבדקו טיפולים שונים למחסור בחמצן, והמערכת הראתה שפעול גבוה של גנים המגיבים להיפוקסיה, מה שאפשר מחקרים על המנגנונים הגנטיים והמולקולריים של עמידות להצפה בירקות Brassicaceae .
ככל ששינויי האקלים מביאים גשמים כבדים יותר, כרוב, ירק מפתח של Brassicaceae , מתמודד עם הפסדי יבול משמעותיים עקב לחץ היפוקסיה הנגרם על ידי הצפות. כדי לזהות מנגנונים של עמידות להצפה בכרובים, יש צורך בפלטפורמה רב-תכליתית למחקרים פונקציונליים גנטיים כדי להתגבר על טבעם הסרבן של הכרובים. במחקר זה פותחו מערכת ביטוי חולפת של פרוטופלסט כרוב ופרוטוקול אינדוקציה מקביל של היפוקסיה פרוטופלסט. פרוטוקול זה השיג תפוקה גבוהה ושלמות של בידוד פרוטופלסטים מעלי כרוב, עם יעילות טרנספקציה העולה על 40% באמצעות תנאים אנזימטיים אופטימליים. כדי להקל על השפעה היפוקסית פוטנציאלית לפני הטיפולים, תמיסת W5 בעבעה עם גז חמצן כדי להעלות את רמות החמצן המומס. נבדקו מספר כימיקלים להתאמת רמות החמצן וטיפולים פיזיולוגיים לסילוק חמצן, כולל EC-Oxyrase, OxyFluor, נתרן סולפיט וחבילת סופגי חמצן. בדיקות לוציפראז כפול הראו כי מקדמי הגנים לתגובת נשימה אנאירובית BoADH1 ו- BoSUS1L הופעלו בפרוטופלסטים של כרוב לאחר טיפולי היפוקסיה, כאשר רמת האינדוקציה הגבוהה ביותר נצפתה לאחר הטיפול בחבילת סופג החמצן. לסיכום, מערכת הביטוי הארעית פרוטופלסט כרוב בשילוב טיפול בהיפוקסיה מדגימה פלטפורמה יעילה ונוחה. פלטפורמה זו יכולה להקל על מחקרים של תפקוד גנים ומנגנונים מולקולריים הקשורים לתגובות היפוקסיה בכרובים.
שינויי האקלים העולמיים החריפו את השיטפונות, שהפכו לנושא קריטי יותר ויותר ברחבי העולם. בעשורים האחרונים אנו עדים למגמת עלייה בתדירות אירועי השיטפונות, וכתוצאה מכך הפסדי יבול משמעותיים 1,2. כרוב (Brassica oleracea var. capitata L.), ירק בעל חשיבות עולמית משמעותית, רגיש להשפעות השליליות של גשמים כבדים, המחייבים פיתוח של זני כרוב עמידים לשיטפונות כדי להבטיח ייצור בר קיימא לנוכח אירועי מזג אוויר קיצוניים. לכן, הבנת המנגנונים המולקולריים הקשורים לעקה הצפה בכרוב חיונית כדי לעמוד באתגר זה.
כדי להבין מנגנוני ויסות גנים בצמחים בתנאים שקועים, קווים טרנסגניים נמצאים בשימוש נרחב עבור מחקרים פונקציונליים גנטיים. עם זאת, גישה זו מוגבלת על ידי עלויות גבוהות, טרנספורמציה עתירת זמן ותהליכי תת-תרבות, כמו גם יעילות טרנספורמציה נמוכה במינים רבים של יבולים, המחייבת פיתוח מתודולוגיות חלופיות. מערכות ביטוי ארעיות מבוססות פרוטופלסטים יושמו באופן נרחב במחקר המולקולרי של הצמח כחלופה רב-תכליתית ויעילה. מערכות אלה מאפשרות לחקור את פעילות המקדם, מסלולי איתות בתגובה לרמזים סביבתיים, אינטראקציות חלבון-חלבון או חלבון-דנ"א, ולוקליזציה תת-תאית3. הקמת מערכות ביטוי ארעיות פרוטופלסטיות דווחה לא רק בצמחי מודל 4,5 אלא גם בגידולים חשובים מבחינה כלכלית כגון קנה סוכר6, ציפורן7, סחלבי פלאנופסיס 8 וחציל9. יתר על כן, מערכות אלה יושמו בהצלחה בצמחים עציים, כולל Camellia oleifera10ו- Populus trichocarpa11. עם זאת, הפרוטוקולים ליישום מערכות פרוטופלסט לחקר ירקות עליים תחת לחץ היפוקסיה הנגרם על ידי שקיעה מוגבלים. לכן, פותח פרוטוקול משולב בעבודה זו עבור אלה המעוניינים לחקור תגובות היפוקסיה בירקות עליים באמצעות מערכת ביטוי חולפת פרוטופלסט כרוב.
כדי לבצע את תגובת ההיפוקסיה הנגרמת על ידי שקיעה ברמה התאית, מספר מתודולוגיות לניקוי חמצן שימשו במחקרים קודמים כדי לדמות סביבות היפוקסיות. אלה כוללים את השימוש EC-Oxyrase, OxyFluor, נתרן סולפיט, ושקיות צריכת חמצן. EC-Oxyrase משמש בדרך כלל לטיפול אנאירובי בשורות תאים אנושיים12 ו Arabidopsis protoplasts13. OxyFluor נמצא יעיל בהפחתת הלבנה הנגרמת על ידי מיני חמצן תגובתי במהלך הדמיה פלואורסצנטית של תאים חיים14,15. נתרן סולפיט שימש בטיפול אנאירובי בנמטודות16, ולאחרונה, בפרוטופלסטים של אורז, בשילוב עם טכניקות כגון מבחני כרומטין חיסוניים (ChIP)17. חבילות בולמי חמצן, המשמשות בעיקר לתרבית חיידקים אנאירובית18, הוכיחו גם יעילות בגרימת הפעלה של מקדמי ZmPORB1 בפרוטופלסטים של תירס בתנאים אנאירוביים19.
העבודה הנוכחית שואפת להקים צינור איתן לבידוד פרוטופלסטים של כרוב וביטוי ארעי. לאחר מכן, הוערכה יעילותם של טיפולים שונים להתאמת חמצן על ידי הערכת הפעילות המקדמת של גנים לתגובה אנאירובית באמצעות בדיקות לוציפראז כפולות. הפרוטוקול שפותח במחקר זה צפוי להיות בעל ערך למחקר עתידי הקשור לשקיעה או לחץ היפוקסיה במערכות Brassica .
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה נעשה שימוש בשני זנים מסחריים של כרוב (B. oleracea var. capitata): 'Fuyudori' ו-'228'. ייצוג גרפי של זרימת העבודה של הפרוטוקול מוצג באיור 1. פרטי הריאגנטים והציוד ששימש במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנת שתילי כרוב
2. בידוד פרוטופלסטים של כרוב
3. טרנספקציה פרוטופלסטים
4. טיפול היפוקסיה על פרוטופלסטים כרוב
5. בדיקת לוציפראז כפולה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודה זו פיתחה בהצלחה מערכת ביטוי ארעי המשתמשת בפרוטופלסטים של כרוב (ראו איור 1 לזרימת עבודה). פרוטופלסטים בודדו מעלי כרוב אמיתיים בני שבועיים עד שלושה שבועות בגודל מתאים (איור 2A) מזני כרוב מסחריים 'Fuyudori' ו-'228' באמצעות עיכול צלולאז/מקרוזים וחדירת ואקום כהה (איור 2B,C). כדי למתן את התנאים ההיפוקסיים שחווים פרוטופלסטים שקועים במהלך הדגירה, תמיסת W5 חומצנה באמצעות בועת אבן אוויר המחוברת למכונת חמצן (
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מציג שיטה יעילה לבידוד פרוטופלסטים משני זני כרוב מסחריים. יעילותה של שיטה זו מוערכת בעיקר באמצעות שני פרמטרים קריטיים של בקרת איכות: התשואה של פרוטופלסטים ברי קיימא והיעילות של טרנספקציה של פרוטופלסט. יישום פרוטוקול זה הביא לתנובה העולה על 4.00 x 106 פרוטופלסטים·g−1· FW של רקמת מזופיל משני זני הכרוב (איור 2E,F). יבול זה דומה לאלה שדווחו במינים אחרים, כולל חצילים, ציפורן, קנה סוכר וקמליה אוליפרה, שם ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין אינטרס מתחרה.
עבודה זו נתמכה על ידי המועצה הלאומית למדע וטכנולוגיה (MOST 111-2313-B-002-029- ו- NSTC 112-2313-B-002-050-MY3). עבור איור 1, הסמלים הניסיוניים נלקחו מ-BioRender.com.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 2-(N-morpholino) חומצה אתנסולפונית (MES) | PhytoTech Labs | M825 | להכנת תמיסת אנזים |
| 228 זרעי כרוב | Takii & Co., Ltd. (קיוטו, יפן) | ||
| 50 מ"ל צינור חרוטי | SPL מדעי החיים | 50050 | להכנת תמיסת אנזים |
| צלחת תרבית רקמות 6 בארות | אלפא פלוס | 16106 | לדגירת פרוטופלסט |
| 70 μ מסננת תאים m | Sorfa | SCS701 | לסינון פרוטופלסט |
| צלחת פטרי 9 ס"מ | אלפא פלוס | 16001 | לעיכול |
| אנזימטי צנצנת אנאירובית | HIMEDIA | צנצנת אנאירובית 3.5 | ליטר לטיפול בהיפוקסיה |
| אלבומין סרום בקר | Sigma-Aldrich | A7906 | להכנת תמיסת W5 וציפוי צלחת תרבית |
| סידן כלורי | J.T.Baker | 131301 | להכנת תמיסת W5 ותמיסת PEG |
| Cellulase R10 | Yakult | להכנת תמיסת אנזים | |
| Desiccator | Tarsons | 402030 | לחדירת ואקום |
| D-גלוקוז | ביושופ | GLU501 | להכנת תמיסת W5 |
| מד חמצן מומס | תרמו מדעי | אוריון כוכב A223 | למדידת חמצן |
| D-Mannitol | Sigma-Aldrich | M1902 | לתמיסת אנזים, תמיסת PEG והכנת תמיסת MMG |
| Dual-Luciferase Reporter Assay System | Promega | E1960 | לבדיקת מדווח לוציפראז כפול |
| EC-Oxyrase | Oxyrase Inc. | EC-0005 | לטיפול בהיפוקסיה |
| זרעי כרוב Fuyudori | Kobayashi Seed Co., Ltd. (Kakogawashi, יפן) | ||
| צנטריפוגה מקוררת במהירות גבוהה | היטאצ'י | CR21GIII | לקציר פרוטופלסט |
| Macerozyme R10 | Yakult | להכנת תמיסת אנזים | |
| מגנזיום כלוריד | אלפא Aesar | 12315 | להכנת תמיסת MMG |
| מיקרוצנטריפוגה | היטאצ'י | CT15RE | לקציר פרוטופלסט |
| Microplate | Greiner | 655075 | לבדיקת מדווח כפול לוציפראז |
| מיקרופלייט קורא | מכשירים מולקולריים | SpectraMax Mini | עבור בדיקת מדווח לוציפראז כפול |
| Millex 0.22 μ מסנן מזרק | m Merck | SLGP033RS | להכנת תמיסת אנזים |
| משאבת ואקום ללא שמן | רוקר Rocker | נדנדה 300 | לחדירת ואקום |
| OxyFluor | Oxyrase Inc. | OF-0005 | לטיפול בהיפוקסיה |
| חבילת בולם חמצן | מיצובישי גז כימיקלים החברה | AnaeroPack, MGCC1 | לטיפול בהיפוקסיה |
| רכז חמצן | UTMOST | PERFECT AII-X | לבעבוע חמצן בתמיסת W5 |
| מצע צמח | Klasmann-Deilmann | Potgrond H מצע | להכנת שתילי כרוב |
| פלסמיד מידי ערכת | QIAGEN | 12145 | לטיהור DNA פלסמיד בדרגת טרנספקציה |
| פוליאתילן גליקול 4000 | פלוקה | 81240 | להעברת פרוטופלסט |
| אשלגן כלורי | J.T.Baker | 304001 | להכנת תמיסת W5 |
| סכין גילוח | ג'ילט | להכנת רצועות עלי כרוב | |
| נתרן | כלורי ביושופ | SOD002 | להכנת תמיסת W5 |
| נתרן סולפיט | סיגמא-אולדריץ' | S0505 | לטיפול בהיפוקסיה |
| אמבט מים | Yihder | BU-240D | להכנת תמיסת אנזים |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.